JP4367884B2

JP4367884B2 - 石灰化のレベル付けを行う方法と装置

Info

Publication number: JP4367884B2
Application number: JP2000585825A
Authority: JP
Inventors: ヒュー，ヒュイ; ブキャナン，ロバート・アラン; ミッサ，セオファノ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: WO2000033252A1; US6233304B1; DE69931750T2; WO2000033252A9; JP2002531199A; DE69931750D1; EP1048008B1; IL137413A0; EP1048008A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）による撮像に関し、具体的には、ＣＴ画像での石灰化(Calcification)レベル値の生成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のＣＴシステム構成の少なくとも１つでは、Ｘ線源は扇状に広がるビームを放出するが、これは、一般的に“撮像面”と呼ぶデカルト座標系ＸＹ平面上に存在する平行光である。Ｘ線ビームは、撮像対象の物体、例えば、患者を通過する。このビームはその物体によって減衰した後、放射線検出器配列に衝突する。その検出器配列に受信された減衰放射線ビーム強度は、その物体でのＸ線ビームの減衰レベルに依存する。その配列の各検出器は、検出器位置でのビームの減衰レベルの測定値である個々の電気信号を生成する。検出器の全てからの減衰レベルの測定値を個々に求めて、伝送プロファイルを生成する。
【０００３】
周知の第３世代ＣＴシステムでは、ガントリーがＸ線源と検出器配列を撮像面内で撮像対象物体の回りを回転させることで、Ｘ線ビームと物体の交差角度を常に変化させる。１つのガントリー角度で検出器配列が獲得したＸ線減衰レベルのグループ測定値、即ち、投影データを“ビュー”と呼ぶ。物体の“スキャン”により、Ｘ線源と検出器が１回転するときの異なるガントリー角度で得られた複数のビューの組を構成する。一回の軸スキャンによって、投影データを処理して、物体から得られた２次元スライス面に対応する画像を生成する。
【０００４】
投影データの組に基づく画像を再構成する方法は、本分野ではフィルタード・バックプロジェクション技術と呼ばれる。この処理により、一回のスキャンで得られた減衰測定値を、ブラウン管ディスプレイ上で対応するピクセルの明るさを制御するために用いる“ＣＴ番号”あるいは“ホーンズフィールド単位”と呼ばれる整数値に変換する。
【０００５】
多数のスライスに対してかかる総スキャン時間を少なくするために、“らせん状（ヘリカル）”スキャンが行われる。“らせん状”スキャンを行うために、患者を動かしながら所定数のスライスのデータが取られる。このシステムでは、扇状に広がるビームによる１回のらせん状スキャンを行って、１つのらせんを生成する。扇状に広がるビームによって作られたこのらせんから投影データを生成する。ここで、この投影データから所定の各スライスの画像を再構成することが可能である。スキャン時間を少なくすることに加えて、その他にもらせん状スキャンによるメリットがある。例えば、画像品質を改良したりコントラストの制御を改良することである。
【０００６】
らせん状スキャンでは、上述したように、１つのビュー・データだけを各スライス位置で収集する。一枚のスライス画像を再構成するために、そのスライスのための他のビュー・データを、他のビューのために収集されたデータに基づいて生成する。らせん再構成アルゴリズムは周知のものであり、例えば、Ｃ．クロフォードとＫ．キングの“患者の並進運動と同時に行うコンピュータ断層撮影スキャン”（メディカルフィジックス、 17(6), １９９０年１０月／１１月）で記述されている。
【０００７】
エレクトロンビーム撮像システムとして周知の撮像システムのうちのすくなくとも１つを使って冠状動脈の石灰化（ＣＲＣ）を検出することによって冠状動脈アテローム硬化症の証拠を見つける。画像データ中のＣＡＣを識別する際、石灰化レベル値を確定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エレクトロンビーム撮像システムは非常に高価であり、限られた数の地理的位置にしか配置されていない。現在までのところ、汎用ＣＴ撮像システムを使用しても、安定した一貫性のある石灰化レベル値を生成することは不可能である。この一貫性のない結果をもたらす１つの要因は、画像データの不均一さや非連続的間隔にある。
【０００９】
汎用ＣＴ撮像システムからの画像データを用いて安定した一貫性のある石灰化レベル値を生成することが望まれている。また、非均一で不連続間隔の複数のスライスの画像データでの石灰化レベル値を修正することも望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらとその他の目的は、汎用ＣＴ撮像システムを用いて石灰化レベル値を生成する石灰化レベル付けアルゴリズムによって達成される。本発明の一実施形態によれば、患者をスキャンして投影データを生成する。投影データは、画像データを生成するために処理される。次に、冠状動脈の石灰化レベルを示す石灰化レベル値を確定するために、その画像データを処理する。画像データのレベル付け可能な領域を識別し、レベル付け可能な領域中の少なくとも１箇所の注目領域を限定して、濃度値を求めることによって、石灰化レベル値を確定する。各注目領域のカルシウム値を求めたあと、各注目領域のカルシウム値を合計することによってカルシウム値の総和を求める。カルシウム値の総和は、画像データでの石灰化レベルを示す。
【００１１】
一実施形態では、画像データ・スライスが不均一間隔あるいは不連続的間隔であるため、カルシウム値の総和を補正する。具体的には、画像データが、不均一間隔あるいは不連続的間隔のデータ・スライスであるとき、そのアルゴリズムでは、各注目領域のカルシウム値に重みづけすることでそのスライス間隔の問題を解決する。
【００１２】
上述のアルゴリズムでは、汎用ＣＴ撮像システムから生成された画像データでの石灰化レベル値を生成する。さらに、そのアルゴリズムでは、不均一間隔あるいは不連続的間隔の画像データ・スライスのための補正を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１と図２には、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）による撮像システム１０が、“第３世代”ＣＴスキャナーを代表するガントリー１２を備えるものとして示されている。ガントリー１２は、ガントリー１２の反対側の検出器配列１８の方向へＸ線ビーム１６を放出するＸ線源１４を備える。コリメータ（不図示）は、Ｘ線ビームを、“撮像面”と呼ばれるデカルト座標系ＸＹ平面上にのる平行光に変える。検出器配列１８は、内科の患者２２を通り抜ける放出Ｘ線をセンスする複数の検出器要素２０によって構成される。検出器配列２０は、スライス１枚の検出器、あるいは、複数枚のスライスの検出器でよい。各検出器要素２０は、当てられるＸ線ビームが患者２２を通過するときのＸ線ビーム強度とビームの減衰を示す電気信号を生成する。Ｘ線投影データを得るためのスキャン中に、ガントリー１２とその上に搭載された構成要素は回転中心２４の回りを回転する。
【００１４】
ガントリー１２の回転とＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４と、ガントリー１２の回転速度と位置を制御するガントリー・モータ・コントローラ３０とに電力／タイミング信号を供給するＸ線コントローラ２８を備える。制御機構２６のデータ取得システム（ＤＡＳ）３２は、検出器要素２０からアナログデータをサンプリングし、以後の処理のためにそのデータをデジタル信号に変換する。画像再構成器３４は、サンプリングされデジタイズされたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取り、高速に画像再構成を行う。再構成された画像は、大容量記憶装置３８に画像を格納するコンピュータ３６に対する入力として与えられる。
【００１５】
また、コンピュータ３６は、キーボードを備えるコンソール４０を介してオペレータからコマンドとスキャニング・パラメータを入力する。関連のブラウン管ディスプレイ４２により、オペレータは再構成画像とコンピュータ３６からの他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータによって供給されたコマンドとパラメータを用いて、ＤＡＳ３２とＸ線コントローラ２８とガントリー・モータ・コントローラ３０に制御信号と情報を提供する。さらに、コンピュータ３６は、ガントリー１２に患者２２を位置付ける動力テーブル４６を制御するテーブル・モータコントローラ４４を動作させる。特に、テーブル４６により患者２２の一部分を移動させてガントリー開口部４８を通過させる。
【００１６】
以下では、石灰化レベル値を生成するアルゴリズムについて述べるが、そこではときおりらせん状スキャンに言及する。しかしながら、カルシウムレベル付けアルゴリズムは、らせん状スキャンで実行することに限定するものではなく、軸方向スキャン等の他のスキャン方法も用いられる。さらに、以下で述べるアルゴリズムはコンピュータ３６で実行可能であり、例えば、再構成された画像データを処理できることを理解していただきたい。また、そのアルゴリズムは、画像再構成部３４でも実行可能であり、コンピュータ３６によって補正された画像データを提供できる。もちろん、その他の方法も実行可能である。
【００１７】
上述したが、ＣＴスキャンを実行するときに検出器要素２０からデータが得られる。一般的に本技術分野では、このデータを投影データと呼ぶ。実施形態の１つでは、ＣＴスキャンは患者２２の少なくとも１枚のスライスを表現する投影データを含む。そして、画像再構成を高速に行って画像データを生成する。画像再構成に関する現状での多くの画像再構成アルゴリズムが商業的に入手可能なＣＴマシンで実行される。また、本石灰化レベル付けアルゴリズムは、それらの多くの再構成アルゴリズムと共に実行可能である。
【００１８】
本発明の実施形態の１つでは、画像データ中のレベル付け可能な領域を識別し、そのレベル付け可能な領域中の少なくとも１つの注目領域を限定し、濃度値を求めることによって、石灰化レベル付けが確定される。
【００１９】
１つの実施形態では、画像データを閾値処理することによって、少なくとも１つのレベル付け可能な領域が画像データ中で識別される。特に、画像データ中の各ＣＴ番号が、選ばれた閾値あるいは所望の範囲と比較される。一般的には、異なる材料は異なるＣＴ番号をもつ。例えば、骨は２００以上のＣＴ番号をもつ。また、水のＣＴ番号は０、軟組織（脳の中の）ＣＴ番号は概ね２０−５０、空気のＣＴ番号は−１０００である。ＣＴ番号は様々な材料ごとに異なっているため、あるタイプまたはクラスの物体を以後の分析から除外するために閾値レベルを選択することがある。実施形態の１つでは、本技術分野で周知の多くの閾値処理方向のうちの１つが使われ、レベル付け可能な領域を識別する。例えば、選ばれた閾値９０を用いて、９０以上のＣＴ番号を有する画像データの各部分がレベル付け可能な領域として識別される。
【００２０】
各レベル付け可能な領域に対して注目領域（ＲＯＩ）を決めたあと、本技術分野では周知のことであるが、濃度値が求められる。濃度値は、重みづけされたルックアップテーブルを用いて求められる。実施形態の１つでは、この重みづけされたルックアップテーブルはコンピュータ３６に格納されており、これは、

【００２１】
ここで、
Ｈ_P＝画素ＰのＣＴ番号
ＬＴ＝小さな閾値
ＵＴ＝大きな閾値
Ｓ＝拡大／縮小率
Ｃ＝定数
である。
【００２２】
次に、各注目領域の濃度値ＤＳが、この重みづけされたルックアップテーブルを用いて求められる。具体的には、各レベル付け可能な領域の各注目領域の各画素ＤＳＰごとに濃度値が求められる。
【００２３】
例えば、実施形態の１つでは、ハーンズフィールド単位で、拡大／縮小率Ｓが０．０１、定数Ｃが０．５、小さな閾値ＬＴが９０、大きな閾値ＵＴが４００という条件で各画素ＤＳＰの濃度値を求める。具体的には、１００画素の注目領域を含む１つのレベル付け可能な領域をもつ画像データに対して、１００画素の各々の濃度を求める。もちろん、各画素の濃度値を求めるために他のＳ，Ｃ，ＬＴ値を使うことも可能である。例えば、小さい閾値は１３０でもよい。
【００２４】
次に、各注目領域のカルシウム値を求める。１つの実施形態では、各ＲＯＩのカルシウム値は以下のように求められる。

【００２５】
ここで、
ＣＳ_R＝注目領域Ｒのカルシウム値
Ａ_P＝画素Ｐの面積
Ｐ_R＝注目領域中のレベル付け可能な画素数
ＤＳ_P＝画素Ｐの濃度値
具体的には、実施形態の１つでは、画素Ｐの面積ＡＰは、再構成アルゴリズムによって規定される。例えば、直径が２０ｃｍの円をカバーするために５１２ｘ５１２配列を使って画素サイズを求める。
【００２６】
各注目領域でのカルシウム値を求めたあと、カルシウム値の合計が求められる。具体的には、各注目領域からのカルシウム値を合計する、即ち、加算することによって注目の全領域に対するカルシウム値の合計を求める。
【００２７】
投影データが均等間隔のスライスや不連続的間隔のスライスを表現しない実施形態では、重みづけされたカルシウム値の合計を求める。重みづけされたカルシウム値の合計により、不均等間隔のスライスや不連続的間隔のスライス、即ち、スライスと重なるスライス間の不均等な距離を補償、即ち、修正する。具体的には、カルシウム値の合計は：

【００２８】
ここで、
Ｎ＝正規化率
Ｆ＝拡大／縮小率
Ｇ＝Ｇ₁＋Ｇ₂
Ｇ₁＝前スライスと現在のスライス間の距離
Ｇ₂＝現在のスライスと後のスライス間の距離
前スライスまたは後スライスのいずれか一方がない場合、現在のスライスの厚みが、Ｇ１やＧ２の代りに用いられる。例えば、Ｇ＝５ｍｍを用いて、厚さが５ｍｍの１枚のスライスでのカルシウム値の合計を求める。
【００２９】
同様に、重なる画像データ・スライスでのカルシウム値の合計を求めることができる。もちろん、他のＮ値、例えば、Ｎを０．３３に決めてもよい。
【００３０】
以上の本発明の様々な実施形態の説明から、本発明の目的が達成されたことは明らかである。本発明を図示して詳細に説明してきたが、このことが図示と例のみで示されていると言っても、これに限定されるものではないことを明確に理解すべきである。従って、本発明の精神と範囲は添付の請求項によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は、ＣＴ撮像システムのさし絵図である。
【図２】図2は、図１のシステムのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における画像データ間のすき間を示すさし絵図である。

Claims

ＣＴ画像データから冠状動脈の石灰化レベルを確定する方法であって、
取り込まれた少なくとも二スライスの画像データから少なくとも２つの注目領域を識別する工程と、
各注目領域の濃度値を確定する工程と、
前記濃度値を用いて石灰化レベル値を確定する工程とを備え、
前記石灰化レベル値を確定する工程は、
各注目領域のスライス・カルシウム値を確定する工程と、
各スライス・カルシウム値を用い、且つ、前記少なくとも二スライスの隣接する少なくとも２つのスライス間の距離に基づいて、重みづけされたカルシウム値の合計を確定する工程とを備えることを特徴とする方法。
各注目領域の前記濃度値ＤＳは、

ここで、
Ｈ_P＝画素ＰのＣＴ番号
ＬＴ＝小さな閾値
ＵＴ＝大きな閾値
Ｓ＝拡大／縮小率
Ｃ＝定数
に基づいて求められること特徴とする請求項１の方法。
少なくとも１つの注目領域を識別する工程の前にレベル付け可能な領域を識別する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１の方法。
前記各注目領域のスライス・カルシウム値を確定する工程は、

ここで、
ＣＳ_R＝注目領域Ｒのカルシウム値
Ａ_P＝画素Ｐの面積
Ｐ_R＝注目領域中のレベル付け可能な画素数
ＤＳ_P＝画素Ｐの濃度値
に基づくことを特徴とする請求項１の方法。
前記重みづけされたカルシウム値の合計を確定する工程は、

ここで、
Ｎ＝正規化率
Ｆ＝拡大／縮小率
Ｇ＝Ｇ₁＋Ｇ₂
Ｇ₁＝前スライスと現在のスライス間の距離
Ｇ₂＝現在のスライスと後のスライス間の距離
Ｒ＝注目領域数
に基づくことを特徴とする請求項１の方法。
Ｘ線源と検出器を備え、断層撮影スキャンからの画像データで石灰化レベルを確定するシステムであって、
少なくとも二スライスの画像データを取り込み、
前記少なくとも二スライスの画像データから少なくとも２つの注目領域を識別し、
各注目領域の濃度値を確定し、
前記濃度値を用いて石灰化レベル値を確定するように構成されており、
前記石灰化レベル値の確定が、
各注目領域のスライス・カルシウム値を確定し、
各スライス・カルシウム値を用い、且つ、前記少なくとも二スライスの隣接する少なくとも２つのスライス間の距離に基づいて、重みづけされたカルシウム値の合計を確定することにより行われることを特徴とするシステム。
前記各注目領域の濃度値は、

ここで、
Ｈ_P＝画素ＰのＣＴ番号
ＬＴ＝小さな閾値
ＵＴ＝大きな閾値
Ｓ＝拡大／縮小率
Ｃ＝定数
に基づいて求められることを特徴とする請求項６のシステム。
少なくとも１つの注目領域を識別する前にレベル付け可能な領域を識別する構成を備えることを特徴とする請求項６のシステム。
各注目領域の前記スライス・カルシウム値を確定することは、

ここで、
ＣＳ_R＝注目領域Ｒのカルシウム値
Ａ_P＝画素Ｐの面積
Ｐ_R＝注目領域中のレベル付け可能な画素数
ＤＳ_P＝画素Ｐの濃度値
に基づいてなされることを特徴とする請求項６のシステム。
前記重みづけされたカルシウム値の合計は、

ここで、Ｎ＝正規化率
Ｆ＝拡大／縮小率
Ｇ＝Ｇ₁＋Ｇ₂
Ｇ₁＝前スライスと現在のスライス間の距離
Ｇ₂＝現在のスライスと後のスライス間の距離
Ｒ＝注目領域数
に基づいて求められることを特徴とする請求項６のシステム。
前記検出器配列は複数スライスの検出器配列であることを特徴とする請求項６のシステム。